• Nem Talált Eredményt

3. 2 Fourier-analízis

In document Wavelet- és Gábor-transzformált (Pldal 40-72)

Ebben a fejezetben a Fourier-analízis alapjait elevenítjük fel. Több tételt bizonyítás nélkül közlünk, ám néhányat bizonyítunk is, elsősorban olyanokat, amelyekhez hasonlót vagy analógot később látni fogunk wavelet- vagy Gábor-transzformáltakra.

3.1. 2.1 Fourier-sorok

Most röviden ismertetjük a Fourier-sorok elméletét először Hilbert-terekben, aztán az -terekben. A tételeket bizonyítás nélkül ismertetjük.

2.1. Definíció Legyen egy Hilbert-tér. A rendszert ortonormált rendszernek nevezzük, ha

ahol a Hilbert-térhez tartozó skalárszorzatot jelöli.

2.2. Definíció A ortonormált rendszer teljes a Hilbert-térben, ha az

feltételből következik, hogy . exteljes ortonormált rendszer

2.3. Definíció A ortonormált rendszer bázis a Hilbert-térben, ha minden -ra egyértelműen léteznek számok, hogy

2.4. Definíció Legyen Hilbert-tér, ortonormált rendszer és . Az függvény -adik Fourier-együtthatójának az

számot nevezzük. A

formális sor az függvény Fourier-sora.

A Fourier-analízisben alapvető kérdés, hogy vissza lehet-e állítani -et a Fourier-együtthatóiból, vagy a Fourier-sorából, illetve ha igen, hogyan. A következő tétel azt mondja ki, hogy teljes ortonormált rendszer esetén előállítható a Fourier-együtthatóiból.

2.5. Tétel Legyen Hilbert-tér, teljes ortonormált rendszer és . Ekkor Fourier-sora -ban konvergál az függvényhez, azaz

Továbbá érvényes a Parseval-egyenlőség, azaz

Az első egyenlőség azt jelenti, hogy minden előál-lítható az orto-normált rendszer segítségével. Azt is könnyű látni, hogy az előállítás egyér-telmű, azaz az ortonormált rendszer bázis -ban. Sőt, a következő tétel is igaz.

2.6. Tétel Legyen Hilbert-tér és ortonormált rendszer. Ekkor pontosan akkor teljes, ha bázis.

Most térjünk át egy speciális ortonormált rendszer, a trigonometrikus rendszer vizsgálatára. A Hilbert-tér helyett az teret fogjuk tekinteni. Itt a skalárszor-zatot az

képlettel definiáljuk.

2.7. Definíció Az függvényrendszert trigonometrikus rend-szernek nevezzük.

extrigonometrikus rendszer

2.8. Tétel A trigonometrikus rendszer teljes ortonormált rendszer, vagy ortonormált bázis -ben.

A (trigonometrikus) Fourier-együtthatókat és a (trigonometrikus) Fou-rier-sort tehát az extrigonometrikus Fourier-együttható extrigonometrikus Fourier-sor

és

képletekkel adhatjuk meg. Könnyen látható, hogy ezek a definíciók minden -re is érvényesek.

Tudjuk, hogy az függvény trigonometrikus Fourier-sora -normában konvergál -hez. Ezt álta-lá-nosíthatjuk a többi térre is. Ehhez először bevezetjük a részlet-összegeket.

2.9. Definíció Az függvény trigonometrikus Fourier-sorának -edik részlet-össze-gén az

összeget értjük.

Az térben való konvergencia a következőképpen általánosítható tehát az terekre.

2.10. Tétel Ha valamely -re, akkor

és

A tétel azonban már nem igaz -re vagy -re.

A harmonikus analízis egyik legmélyebb tétele a Carleson-tétel, ami azt mondja ki, hogy -beli függvény Fourier-sora majdnem mindenütt is konvergál az eredeti függvényhez.

2.11. Tétel (Carleson)exCarleson-tétel Ha valamely -re, akkor

Ha , akkor

Természetesen ez a tétel sem igaz -re.

3.2. 2.2 Schwartz-függvények

Jelöljük -rel az végtelen sokszor deriválható függvényeket és legyen

2.12. DefinícióAz függvényt Schwartz-függvénynek nevezzük, ha minden -re

A Schwartz-függvények osztályát -rel fogjuk jelölni. Egy végtelen sokszor deriválható függvény akkor Schwartz-függvény tehát, ha bármely polinommal megszorozva a -ben még mindig lecseng a függvény.

Most lássunk néhány példát Schwartz-függvényekre, illetve nem Schwartz-függvényekre. Nyilván

Könnyen látható, hogy

De

mert nem is deriválható a pontban. Az

hiszen a -ben nem cseng le eléggé. A következő állítás azonnal adódik a definícióból.

2.13. Állítás Legyen . Ekkor pontosan akkor, ha minden -re létezik konstans, hogy minden -re

Az nem normált tér, azonban egy topológia definiálható rajta. Mi itt egy konvergenciát vezetünk csak be -en.

2.14. Definíció Legyen . Azt mondjuk, hogy

ha minden -re

A következő tétel alapján az -ben való konvergencia erősebb, mint az -ben vett konvergencia.

2.15. Tétel Legyen és . Ekkor és

ahol az egészrészét jelöli. Ha

Bizonyítás. A bizonyítandó egyenlőtlenség triviális esetén. Ha , akkor

Az -beli konvergencia bizonyításához alkalmazzuk ezt a becslést -ra:

Az és választás esetén

Itt a jobb oldal -hoz tart az -beli konvergenciájának definíciója miatt. Következésképpen -normában is. [QED]

3.3. 2.3 Fourier-transzformált

Először idézzük fel a Fourier-transzformált fogalmát és legfontosabb tulaj-donságait.

2.16. Definíció Legyen . Ekkor az függvény Fourier-transzfor-máltját az

képlettel definiáljuk.

Lássunk egy konkrét és hasznos példát!

2.17. Állítás Az függvény Fourier-transzformáltja önmaga, azaz . Bizonyítás. A Fourier-transzformált definíciója alapján és egy teljes négy-zetté alakítás után

Vizsgáljuk a jobb oldali integrált és vegyük észre, hogy az

függvény állandó. Valóban, hiszen a deriváltja

Így vehetjük a függvényt az helyen:

A polártranszformációt használva,

A helyettesítéssel láthatjuk, hogy

így . [QED]

2.18. Definíció Legyen egy tetszőleges függvény, , . Ekkor a eltolás- (vagy transzláció-) operátort a exeltolásoperátor

képlettel, a dilatációoperátort a

képlettel, míg az modulációoperátort az

képlettel definiáljuk. Az involúciós függvénye legyen

Ezen operátorok és a Fourier-transzformált kapcsolatáról szól az alábbi tétel.

2.19. Tétel Legyen , , , és . Ekkor igazak a következő állítások:

1. és ,

2. ,

3. ,

4. ,

5. ,

6. ,

7. ,

8. ,

9. ,

10. ,

11. .

Bizonyítás.

1.

2. és (c) a definíció alapján triviális.

3.

4.

5.

A harmadik egyenlőségnél az helyettesítést végeztük el.

6.

7. Legyen először és integráljunk parciálisan:

hiszen az feltételből következik. Tet-szőleges -ra fenti összefüggés többszöri alkalmazásával a bizonyítandó állításhoz jutunk.

8.

Többszöri alkalmazással adódik az állítás.

9. Az (i) állítást alkalmazva adódik, hogy

Most használjuk (h)-t jobbról balra helyett -val, valamint (a)-t:

minden -re, hiszen könnyen láthatóan (lásd 2.15. Tétel). Ez

azt jelenti, hogy .

10.

Ezzel befejeztük a tétel bizonyítását. [QED]

Most kicsit módosítjuk a transzformált definícióját és később látni fogjuk, hogy ez a Fourier-transzformált inverze.

2.20. Definíció Az inverz Fourier-transzformáltja az

függvény.

Az összes eddigi tulajdonság nyilván igaz marad az inverz Fourier-transz-formáltra is. A Fourier-transzformált és az inverz Fourier-transzformált kap-csolatáról szól a következő alapvető tétel.

2.21. Tételexinverziós formula Ha , akkor

1.

2.

3.

4.

A (b) azt jelenti, hogy valóban az inverz Fourier-transzformált, ezért az

jelölést is alkalmazni fogjuk. A (c) egyenlőséget az

formában fogjuk leggyakrabban alkalmazni, ahol az függvény skalárszorzata az

A (c) és (d) egyenlőséget Plancherel-tételnek nevezzük, ez azt jelenti, hogy a Fou-rier-transzformált és az inverz Fourier-transzformált is izometria az téren.

Bizonyítás.

1. A Fubini-tétel miatt

2. Tekintsük a

függvényt, majd vegyük a Fourier-transzformáltját. Ehhez használjuk fel az előző tétel (e) és (f) pontját.

Alkalmazzuk erre a függvényre az (a)-t:

Tartsunk -nal a nullához és vizsgáljuk meg ekkor az egyenlőség két ol-dalát. A jobb oldalra alkalmazzuk a Lebesgue-tételt. Ehhez először be kell látni, hogy létezik integrálható majoráns. Valóban,

hiszen mellett is teljesül. Tehát

A (30) bal oldaláról azt fogjuk bizonyítani, hogy az -hez tart, ha . Először végezzük el a helyettesítést:

Ha csak az exponenciális függvényt integrálnánk, akkor az helyettesítés után

adódna. Ezt felhasználva

Az utóbbi integrált ketté bontjuk az és az halmazokon való integrálásra, ahol a számot később megválasztjuk:

Könnyen látható, hogy ha a -ben -hoz tart és folytonos függ-vény, akkor egyenletesen is folytonos.

Vagyis minden Schwartz-függ-vény egyenletesen folytonos, így is az. Tehát ha egy adott -hoz -t elég kicsire választjuk, akkor

Ekkor (31) miatt

-ben becsüljük meg -et egyszerűen a szuprémummal és végezzük el az helyettesítést:

ha . Tehát (30) bal oldala valóban -hez tart.

3. Jelöljük a bizonyítandó

egyenlőség jobb oldalán lévő második függvényt -vel, és legyen . Ekkor

vagyis . -t -be helyettesítve adódik az állítás.

4. Alkalmazzuk (c)-t a függvényre, ekkor az egyenlő-séget kapjuk. A másik egyenlőség

az egyenletből következik.

Ezzel a tétel bizonyítása teljes. [QED]

Ezek után a Fourier-transzformáltat ki fogjuk terjeszteni négyzetesen integrálható függvényekre is. Tudjuk,

hogy sűrű -ben, ezért létezik , hogy

2.22. Definíció Ha , akkor válasszunk olyan függvényeket, amelyek rendelkeznek a (32) tulajdonsággal. Legyen exFourier-transzformált

Jegyezzük meg, hogy a definíció értelmes, mert a Plancherel-tétel miatt Cauchy-sorozat -ben, hiszen

ha . Így létezik az határérték -ben. Ez a határérték egyértelmű, tudniillik ha van két sorozatunk, az és , amelyek rendelkeznek a (32) tulajdonsággal, akkor és . De az és sorozatok összefésülése is rendelkezik a (32) tulajdonsággal, így az összefésült sorozat Fourier-transzformáltja is konvergens -ben, ami csak úgy lehet, ha .

Ez a definíció valóban kiterjeszti a Fourier-transzformált eredeti definí-cióját, hiszen ha , akkor választhatjuk az sorozatot.

A definícióból az is következik, hogy a Fourier-transzformált izometria tulajdonsága öröklődik:

A 2.21. Tétel többi része is könnyen igazolható.

2.23. Tételexinverziós formula Ha , akkor

1.

ami (a)-t igazolja. A tétel többi része is hasonlóan bizonyítható. [QED]

A Fourier-transzformált eredeti 2.16 definíciója -beli függ-vényekre is értelmes lesz.

2.24. Tétel Ha , akkor

majdnem minden -re.

Bizonyítás. Tegyük fel először, hogy kompakt tartójú függvény. Ekkor léteznek függvények, hogy

Feltehető, hogy az függvények tartója része az tartójának. A Hölder-egyenlőtlenség miatt az -norma kisebb az -norma konstansszorosánál (lásd a 1.13. Állítás), ha az alaptér véges mértékű, így az előző konvergencia -normában is teljesül. A definíció alapján

Másrészről, mivel -normában, ezért

majdnem minden -re. A Riesz-tételből és a (34) egyenlőségből adódik, hogy létezik egy részsorozat, hogy

Mindezek alapján

majdnem minden -re, ha kompakt tartójú.

Legyen most tetszőleges, és . Ekkor könnyen láthatóan

Ebből következik, hogy

hiszen (33) miatt

(Ez utóbbi indoklásra azért volt szükség, mert nem Schwartz-függvény.) már kompakt tartójú függvény, így a bizonyítás első része alapján

Mivel -normában, ezért

ami már bizonyítja a tételt. [QED]

Ezek után integrálható függvényekre könnyen kiterjeszthető a Fourier-transzformált.

2.25. Definíció Az függvény Fourier-transzformáltja az

Könnyen látható, hogy a 2.19. (a) Tétel függvényekre is teljesül.

2.26. Tétel (Riemann-Lebesgue)exRiemann-Lebesgue-tétel Ha , akkor egyenletesen folytonos és

Bizonyítás. Tekintsük először az intervallum karakterisztikus függvé-nyét, azaz legyen . Ekkor

amiből már következik, hogy

hiszen

Legyen most lépcsős függvény, azaz

ahol , az halmazok pedig intervallumok. Ekkor a Fourier-transzformált linearitása miatt

ha . Mivel a lépcsős függvények sűrűn vannak az térben, ezért minden -hez és minden -hoz létezik egy lépcsős függvény, hogy

Ekkor a 2.19. (a) Tétel miatt

ha elég nagy, ami bizonyítja a (35) egyenlőséget.

Az egyenletes folytonossághoz vegyük észre, hogy

Az integrandus -tól függ, és -hoz tart, ha , megbecsülhető -szel, ezért a Lebesgue-tétel miatt az integrál is -hoz tart, ha . Ebből már következik az egyenletes folytonossága. [QED]

Azt kaptuk tehát, hogy a Fourier-transzformált az -ből -be képező operátor, vagyis

Terjesszük tovább a Fourier-transzformáltat az terekre! Emlékeztetünk rá, hogy az 1.12.

Állítás alapján .

2.27. Definíció Ha valamely -re, akkor felbont-ható összegre, ahol és . Ekkor legyen exFourier-transzformált

Az és függvényeknek például az és választás megfelelő. Valóban,

és , mert

és

Vegyük észre azt is, hogy nem függ a felbontástól, hiszen ha

, , akkor átrendezve

következésképpen

Most általánosítjuk a 2.19. (a) Tételt és a 2.23. (d) Tételt -beli függvényekre, ahol . A tétel bizonyítását a Riesz-Thorin-tétel alkalmazásával kapjuk meg.

2.28. Tétel (Hausdorff-Young)exHausdorff-Young-tétel Legyen , pedig konjugált indexe, azaz . Ekkor

Bizonyítás. Az előbb említett két tételből tudjuk, hogy

azaz

korlátos lineáris operátorok. A Riesz-Thorin-tétel (1.34. Tétel) miatt ezért bármilyen esetén az

operátor is korlátos, ahol

Vagyis , tehát és

Ezzel a bizonyítást befejeztük. [QED]

3.4. 2.4 Temperált disztribúciók

Az előző úton sajnos már nem tudjuk tovább kiterjeszteni a Fourier-transz-formáltat. Pontosabban, ha , , akkor már általában nem értelmezhető függvényként. Ezért bevezetjük a

Másként fogalmazva a temperált disztribúciók az duális terének, -nak elemei. Nézzünk néhány példát temperált disztri-búcióra. A linearitás mindegyik esetben triviális, ezért ezt már külön nem említjük.

2.30. Példa ent

1. A legegyszerűbb temperált disztribúció a Dirac-mérték, vagy Dirac-del-ta. Legyen , vagyis az Schwartz-függvényhez a -ban felvett értékét rendeli hozzá. Ez valóban temperált disztribúció, hiszen ha -ben, akkor -ben. Mivel folytonos, ezért egyenletesen is, vagyis pontonként is. Tehát

2. Legyen valamely -re és

Az integrál a Hölder-egyenlőtlenség miatt nyilván értelmes, mert , . Ha -ben, akkor -ben is, és újból a Hölder-egyenlőtlenség miatt

ha , vagyis temperált disztribúció. Így minden függvény meghatároz egy temperált disztribúciót. A függvényt és a belőle generált temperált disztribúciót azonosnak fogjuk tekinteni.

Azaz, ha valamely -re, akkor azt mondhatjuk, hogy . Még kiemeljük példaként a függvényt, ami szintén temperált disztribúció, de egyik térben sincs benne, ha

.

3. Létezik olyan temperált disztribúció is, amely nem eleme egyik térnek sem. Legyen

Könnyű látni, hogy ha , akkor semmilyen -re. De ennek ellenére az , vagyis a temperált disztribúció lesz. Valóban, ha -et úgy választjuk, hogy , akkor

ha és -ben.

4. Létezik olyan temperált disztribúció is, amely nem is függvény. Legyen véges, előjeles Borel-mérték és

Ekkor, ha -ben, akkor

ahol a mérték totális variációja. Vagyis is temperált disz-tribúció, így minden véges Borel-mérték is meghatároz egy temperált disztribúciót.

Bizonyítás nélkül közlünk egy szükséges és elégséges feltételt temperált disztribúciókra.

2.31. Tétel Az lineáris funkcionál temperált disztribúció akkor és csak akkor, ha létezik

és , hogy

Most bevezetjük a temperált disztribúciók Fourier-transzformáltját és inverz Fourier-transzformáltját. A 2.23.

(a) Tétel miatt

ha és . Ez az egyenlőség igaz lesz -re is. Valóban, mivel sűrű -ben, ezért létezik , hogy

A (36) egyenlőség nyilván igaz minden -re, és a jobb oldalak határértékét véve

hiszen korlátos. Könnyű látni, hogy a 2.19. (a) Tétel igaz -re is. Ennek alapján

Következésképpen

hiszen . A Fourier-transzformált definíciója alapján (36) minden -re is igaz, ahol .

A (36) egyenlőséget megtartva vezetjük be a temperált disztribúciók Fourier-transzformáltját.

2.32. Definíció Legyen temperált disztribúció. Ekkor és inverz Fou-rier-transzformáltját az

képletekkel értelmezzük. exFourier-transzformált 2.33. Példa ent

1. , hiszen

Ekkor a 2.30. (b) Példa alapján azonosítható -gyel.

2. Legyen . Ekkor

ami alapján is felfogható függvényként, és .

A konvolúció fogalma is könnyen kiterjeszthető temperált disztribúciókra. Először vegyük észre, hogy esetén a

jelöléssel

Ezt a tulajdonságot megtartva terjesztjük ki a konvolúciót.

2.34. Definíció Legyen és . A konvolúciót a

képlettel definiáljuk.

A definíció értelmes, mert . Valóban, , hiszen és Schwartz-függvény, és így a szorzatuk is az. De Schwartz-függvény inverz Fourier-transzformáltja is Schwartz, így . 2.35. Definíció Legyen és . A szorzatot a

képlettel definiáljuk.

Ez a definíció is értelmes, mert Schwartz-függvény. Ezután a 2.19. Tételt is könnyedén ki tudjuk terjeszteni temperált disztribúciókra.

2.36. Definíció Legyen egy temperált disztribúció, , . Ekkor az eltolás-, a dilatáció- és a modulációoperátort a következő képletekkel definiáljuk:

és

Ezeket az operátorokat a 3. és 10. ábrán ábrázoltuk.

Bizonyítás. Legyen a bizonyítás során . 1. és (b) a definíció alapján triviális.

2.

3.

4.

5. A 2.19. (h) Tétel bizonyításásból az is látszik, hogy ha -ben, akkor -ben, . linearitása nyilvánvaló, csak a folytonosságot kell ellenőrizni:

6.

7. A 2.19. (j) Tétel az inverz Fourier-transzformáltra is nyilván igaz:

Mindkét oldal Fourier-transzformáltját véve,

Ekkor

A tétel bizonyítása így teljes. [QED]

Temperált disztribúciókra is bevezetünk egy konvergenciát.

2.38. Definíció Legyenek temperált disztribúciók. Ekkor -ben, ha

Ez a konvergencia öröklődik a temperált disztribúciók Fourier-transzfor-máltjára is.

2.40. Tétel Legyenek temperált disztribúciók. Ha -ben, akkor

-ben, ha .

Bizonyítás. Mivel , ezért

ami igazolja a tételt. [QED]

A Fourier-soroknál megemlített alapvető tételek igazak maradnak Fou-rier-transzformáltakra is. Láttuk, hogy az inverz Fourier-transzformáltja az függvény, ha . Ha még is fennáll, akkor ezt úgy is írhatjuk, hogy

majdnem minden -re. Ha , akkor a jobb oldal általában nem értelmes. Ha ekkor a jobb oldalon csak a halmazon integrá-lunk, akkor megkapjuk a Fou-rier-sor -edik részletösszegének a megfelelőjét Fourier-transzformáltakra.

2.41. Definíció Az függvény -edik Dirichlet-integráljának az

integrált nevezzük.

Megjegyezzük, hogy a Hausdorff-Young-tétel (2.28. Tétel) alapján

ahol . Ebből adódik, hogy , és így természetesen

. Tehát az -et definiáló integrál értelmes.

Ezután érdemes feltenni a kérdést, hogy a Dirichlet-integrál vajon konver-gál-e -hez.

2.42. Tétel Ha valamely -re, akkor

és

Megfogalmazzuk a Carleson-tétel megfelelőjét is.

2.43. Tétel (Carleson) Ha valamely -re, akkor

és

Az utóbbi tételeket azért mondtuk ki -beli függvényekre, ahol , mert esetén a Fourier-transzformáltat általában nem lehet függvényként értelmezni. A temperált disztribúciók vagy egyéb sűrűségi meggondolások segítségével a tételek megfogalmazhatók lennének -re is.

3.5. 2.5 Poisson szummációs formula

A Poisson szummációs formula a Fourier-transzformált és a Fourier-sor között teremt összefüggést. E formula bizonyításában és a későbbiekben is sokszor fogjuk használni az alábbi periodizációs lemmát.

2.44. Lemmaexperiodizációs lemma Ha , akkor minden számra

és a függvény-sor majdnem mindenütt és -ban is konvergens.

Bizonyítás. Mivel felbontható az

alakban, ezért az helyettesítéssel kapjuk, hogy

Hasonlóan, mivel , ezért

Következésképpen a sor majdnem minden -re véges, tehát a sor

majdnem mindenütt konvergens.

A függvénysorokra kimondott, a szumma és az integrál felcserélhetőségéről szóló Lebesgue-tétel alkalmazható, eszerint

Az -konvergenciához vegyük észre, hogy

ami a -hoz tart, ha , hiszen a (37) egyenlőségben található sor konvergens. [QED]

2.45. Megjegyzés Itt a

egy szerint periodikus függvény, amelyet szerinti periodizáltjának neve-zünk.

Mielőtt megfogalmazzuk a Poisson szummációs formulát, vezessük be a folytonos függvények azon osztályát, melyeknek Fourier-soruk nem csak konvergens, hanem abszolút konvergens is.

2.46. Definíció Jelölje

ahol

A következő tétel bizonyítása a Weierstrass-tételen múlik, ezért először elevenítsük föl azt.

2.47. Tétel (Weierstrass)exWeierstrass-tétel Legyen olyan függvény-sorozat, melyre

Ekkor a függvénysor egyenletesen konvergens, azaz létezik olyan függvény, amelyre

2.48. Tétel Ha , akkor Fourier-sora egyenletesen és abszolút konvergál -hez.

Bizonyítás. Tekintsük Fourier-sorát! Világos, hogy

továbbá miatt

Következésképpen a Weierstrass-tétel miatt a

függvénysor egyenletesen konvergens. Az egyenletes konvergencia miatt tehát létezik egy függvény, amelyhez az függvény Fourier-sora egyenletesen konvergál, azaz

Szorozzuk be mindkét oldalt -szel és integráljunk! Az egyenletes konvergencia miatt a sort tagonként integrálhatjuk:

Tehát minden -re, amiből viszont a trigonometrikus rendszer teljessége miatt következik majdnem mindenütt. A feltevésünk szerint az függvény folytonos, a függvény pedig az egyenletes konvergencia miatt szükségképpen folytonos. Következésképpen minden

pontban. [QED]

A definíció alapján azonnal látható, hogy a következő tétel feltételeit a Schwartz-függvények kielégítik.

2.49. Tétel ( {Poisson szummációs formula}) Tegyük fel, hogy valamely -ra és -ra

Ekkor

minden -re, továbbá mindkét sor abszolút konvergens.

Bizonyítás. Vezessük be a következő szerint periodikus függvényt:

ami pontosan a bizonyítandó állításunk bal oldala. Először is , ugyanis

Másodszor pedig a 2.44. Lemmából következik, hogy . Számítsuk ki a szerint periodikus függvény -edik Fourier-együtthatóját:

Mivel szerint periodikus, ezért

Alkalmazva a 2.44 periodizációs lemmát az függvényre, láthatjuk, hogy

vagyis -edik Fourier-együtthatója megegyezik Fourier-transzfor-mált-jával az helyen.

Belátjuk, hogy is és is folytonos. Mivel is teljesül, , , és

, ezért folytonos. Most legyen , ahol tetszőleges. Ekkor

A Weierstrass-tétel miatt a függvénysor egyenletesen konvergens a intervallumon.

Természetesen hasonlóan igazolható, hogy a is egyenletesen konvergens, így a

függvénysor is egyenletesen konvergens -n. Vagyis egy folytonos függvényekből álló egyenletesen

konvergens függvénysor összegfüggvénye, szükségképpen is folytonos a intervallumon. Mivel tetszőleges, ezért mindenütt folytonos.

Hasonlóan (39)-hez,

azaz , vagyis a 2.48. Tétel miatt Fourier-sora előállítja -t, azaz

minden -re. [QED]

A Poisson szummációs formula feltételein gyengíthetünk is.

2.50. Tétel Tegyük fel, hogy , a függ-vénysor egyenletesen konvergens kompakt halmazokon és

Ekkor

minden -re, továbbá mindkét sor abszolút konvergens.

Bizonyítás. A bizonyítás az előzőhöz hasonló, hiszen itt lényegében feltettük azokat a feltételeket, amiket az előző tételben beláttunk, nevezetesen hogy

egyenletesen konvergens a intervallumon tetszőleges -re illetve, hogy . [QED]

2.51. Következmény A 2.49. vagy a 2.50. Tétel feltételei mellett

Bizonyítás. A megfelelő tételeket speciálisan az -ban véve kapjuk az egyenlőséget. [QED]

Bizonyítás. A megfelelő tételeket speciálisan az -ban véve kapjuk az egyenlőséget. [QED]

In document Wavelet- és Gábor-transzformált (Pldal 40-72)